1.1.1. Световые величины и единицы их измерения

Свет оказывает воздействие на тела, в частности на фотографические материалы, благодаря тому, что он переносит энергию. Естественно, что действие света зависит от количества энергии, которую он переносит.

Существуют две системы измерения энергии света - энергетическая и фотометрическая. Энергетическая система учитывает энергию излучения во всем диапазоне длин волн и выражает ее в единицах энергетической мощности - ваттах (Вт).

В фотографии принята в основном фотометрическая система, которая измеряет только видимое излучение и оценивает его по действию на зрительный аппарат человека.

Интенсивность зрительного ощущения зависит не только от общего количества световой энергии, но и от длины волны световых лучей. Для человеческого глаза наибольшей относительной видностью, т. е. степенью воздействия, обладает зеленое излучение о длиной волны λ = 556 нм (подробнее об этом см. п. 1.2.1).

Тело, испускающее свет, называется первичным источником света (или просто источником света). Тело, которое только отражает падающие на него лучи, называется вторичным источником света.

Источник света посылает во все стороны окружающего пространства световые лучи, которые в совокупности составляют полный световой поток. Однако в связи с тем, что очень часто в практике нас интересует действие источника света только в каком-то одном направлении, на определенную поверхность, в фотометрии была принята величина световой поток Φ - так называют световую энергию, прошедшую через некоторую поверхность в единицу времени.

Так как световой поток распределяется в трехмерном пространстве, то для его характеристики используется понятие пространственный телесный угол Ω. За единицу измерения телесного угла принят стерадиан (ср) - телесный угол, который вырезает на сфере площадь, равную квадрату радиуса.

Световой поток, созданный источником света в единичном телесном угле, называется силой света I. Эта величина характеризует мощность источника света и выражается формулой

Так как создать источник-эталон, дающий строго определенную силу света,- вполне разрешимая техническая задача, то в международной системе единиц (СИ) именно единица силы света кандела (кд) была принята за основную фотометрическую единицу.

Все остальные фотометрические единицы определяются на основании единицы силы света. Так, единица светового потока люмен (лм) - это световой поток, испускаемый точечным источником, сила света которого 1 кд, в телесный угол, равный 1 ср.

Световой поток и сила света - величины, которые характеризуют непосредственно энергию источника света. Чтобы охарактеризовать действие света на окружающие предметы, вводится величина, называемая освещенностью Е - отношение светового потока, падающего на некоторый участок поверхности, к площади этого участка S:

За единицу освещенности люкс (лк) принята освещенность, которую создает равномерно распределенный световой поток в 1 лм на 1 м² поверхности.

Так как освещенность является одним из основных факторов, определяющих условия и характер фотосъемки, то фотометрические законы освещенности имеют важное практическое значение в фотографии.

Освещенность поверхности, создаваемая точечным источником света прямо пропорциональна силе света источника, косинусу угла падения лучей а и обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника до поверхности R:

Общая освещенность, создаваемая несколькими источниками, равна сумме освещенностей, создаваемых каждым из них в отдельности.

Знание этих законов позволяет вывести определенные правила для практической фотографии.

Так, из первого закона следует: при фотографировании с "лампой-вспышкой" увеличение расстояния до объекта съемки в n раз (например, вдвое) требует увеличения экспозиции в n² раз (т. е. в нашем примере в 4 раза), Из второго закона следует: если при съемке мы добавляем источник света, равный имеющемуся, то экспозицию нужно уменьшить в 2 раза, а если в n раз более мощный, то и экспозицию следует уменьшить в n раз.

Еще одной фотометрической величиной, также имеющей важное значение для фотографии, является яркость В. Эта величина характеризует силу света источника относительно его поверхности и численно определяется как отношение силы света источника в данном направлении I_а к площади проекции светящейся поверхности S на плоскость, перпендикулярную этому направлению:

Здесь α - угол между перпендикуляром к поверхности и данным направлением.

За единицу яркости в СИ принята кандела с квадратного метра (^кд/_м²).

Яркость характеризует не только источники, непосредственно излучающие свет, но и вторичные источники - освещенные тела диффузно отражающие свет. При данной освещенности яркость вторичного источника света тем больше, чем больше его отражательная способность.

Количество освещения (или экспозиция) Н - произведение освещенности E на время освещения, выдержку t

Единица измерения количества освещения - люкс*секунда (лк*с).

Основными характеристиками, которые определяют экспозицию при фотосъемке, являются освещенность объекта и яркость его деталей. Поэтому используемые в фотографии устройства для определения экспозиции - экспонометры, построены на принципе измерения этих величин.